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摘要：根据目前我国能源和用电的现状，结合国际对制冷与空调发展的环保和节能要求，蓄能空调成为一种非常有发展前景的节能型空调。本文主要从以下几个方面对蓄能空调的研究情形进行了阐述，最后提出蓄能空调未来发展方向。
关键词：蓄能空调技术；研究现状；未来发展
引言
为建立节约型、可持续性发展的社会，减轻城市电网压力，积极开展环保、节能空调的研发工作，成为制冷行业的当务之急。由此可见，作为节能型空调的蓄能空调具备良好的发展前景和广阔的应用领域。所谓蓄能空调，就是利用蓄能设备在空调系统不需要能量或用能量小的时间内将多余的能量储存起来，在空调系统需求能量大的时间将这部分能量释放出来的空调系统。采用蓄能技术，利用电网低谷时段蓄能，能起到平衡电网用电负荷，减少高峰用电需求的作用，既利于避峰让电贡献社会，又利于降低成本，达到双赢的目的。同时，蓄能空调可以减少大气污染和温室气体的排放，改善城市大气环境，具有节能环保的意义。
一 蓄能空调技术原理
蓄能空调技术是指在电网用电低谷时，电制冷主机将水制成冰或者低温冷水，储存在蓄冷装置中，在用电高峰时通过融冰、释冷提供空调冷源的一种实现电力“移峰填谷”的高效用能技术。如图1所示，通过蓄能技术，最终实现把白天和夜间的用电需求平衡一下，将电力运行曲线的“山峰”削去一点，把“山谷”填上一点，也就是起到对电网“削峰填谷”的作用，降低发电装机容量，提高电厂和电网的运行效率，从而提高能源的利用效率。
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图1 蓄能空调平衡电网示意图
二 蓄能空调技术与低碳经济
由于能源紧缺问题和环境污染问题，近几年来节能与环保工作在我国已引起了广泛重视，相应而起的低碳经济正迅速发展。所谓低碳经济，是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。
蓄能空调技术就是利用夜间电网低谷时的电力来制冷或制热，把冷量或热能储存起来，在白天电力高峰用电紧张时释放冷量或热能，满足建筑物空调冷源或热水需要。蓄能空调可以调节能量供需，移峰填谷，优化电网电源结构，提高发电设备和输电设备的利用率，在消耗相同数量煤的情况下多发电，有效节约能源，避免新建调峰电站的巨额投资和调峰损耗，大幅节省运行费用。蓄能系统在运行管理上具有更大的灵活性和更广的适应性。因此，蓄能空调技术是一项利国利民的双赢举措，具有巨大的社会效益和经济效益，并已成为我国当前积极推广和鼓励的一项重要“移峰填谷”措施。
三 蓄能空调研究现状
3.1 蓄能空调的发展历程
从蓄能技术在世界范围内的发展历程来看，蓄冷技术在空调领域内的应用大致经历以下几个阶段：（1）从20世纪30～60年代，是以削弱空调制冷设备装机容量为主要目标，以小冷机带动大冷负荷的水蓄冷阶段，旨在降低制冷系统的初投资。（2）从20世纪70～90年代初，是以转移尖峰用电时段空调用电负荷为主要目的移峰填谷的冰蓄冷阶段。（3）从20世纪90年代初至今，出了转移尖峰用电时段的空调用电负荷目标之外，又增加了利用冰蓄冷的“高品位冷量”以提高空调制冷系统整体能效和降低空调制冷系统整体投资及建筑造价，改善室内空气品质和热舒适度的目标，进入了低温和大温差供冷送风的蓄冷空调发展阶段。（4）现阶段对蓄冷空调研究主要集中在：蓄冷装置的研究与开发，相变蓄冷机理的研究与探讨，大型冰蓄冷空调系统的研究及工程项目的实施。
3.2 蓄能空调的国外应用现状
20世纪70年代由于世界范围内的能源危机的爆发以及随着经济、生活水平的提高导致中央空调大量的使用加剧了电网的峰谷荷差，促使空调蓄能技术迅速发展。至20世纪90年代末空调蓄冷系统在美国已经相当普及，约有4000多个蓄冷空调应用于不同建筑，其中水蓄冷占10%，共晶盐蓄冷占3.3%，冰蓄冷占86.7%。日本从60年代开始大量应用水蓄冷中央空调系统，80年代中期，冰蓄冷在日本得到迅速发展，到2004年日本小型冰蓄冷空调机组达到6万多台，而且一般都具有蓄热功能，其蓄热量主要用于热泵除霜，也有部分机组利用晚上低谷电蓄热，直接用于白天供暖。
3.3 蓄能空调的国内应用现状
我国从20世纪90年代初开始建造水蓄冷和冰蓄冷空调系统，至今已建成和正在施工的工程约有300多个，并形成蓄冷区域供冷系统，主要分布在20个省及直辖市，其中水蓄冷28项，冰蓄冷290多项。我国的冰蓄冷空调工程不仅吸收国外技术，并自主开发具有中国特色的蓄冰装置设备（如清华同方，杭州华电华源）。国内参与研究和开发生成的产、学、研机构多达十几家，如中国科技大学、浙江大学、上海交通大学、清华大学、同济大学、重庆建筑大学、天津大学、东南大学、上海理工大学等高校；国家电力公司杭州机械设计研究院、中国科学院广州能源研究所、国电公司还设有专门的蓄能空调研究中心。在90年代初期，以电锅炉为核心设备的蓄热空调（包括采暖）系统也随着我国用电峰谷差的加大以及峰谷电价的推行开始发展起来。与此同时，回收空调冷凝热的蓄热空调系统也在进行着积极的研究和探索，并取得一定的成果。
四 蓄能空调创新发展
4.1 热泵蓄能耦合技术应用
（1）技术原理
热泵蓄能耦合技术是热泵技术和蓄能技术有机嫁接的产物，基于两种技术各自的局限性：热泵技术虽可以供热制冷，但却无法在夜间电力低谷时蓄冷，进而削峰填谷；冰蓄冷技术虽可起到削峰填谷的作用，但却无法在冬季供暖。将这两项新技术嫁接在一起，“取长补短，优势互补”联合运行，设计出了一套以生态理念构建的复合式新型能源系统——热泵蓄能耦合技术。
热泵蓄能耦合技术的优势：同时解决冬夏季空调问题，冷热站投资省；系统综合效率高，冬季制热COP达到3.0以上；电力移峰填谷，享受峰谷差价，节省运行费用；减小热泵制冷主机装机容量25%~40%；减少打井数量、埋管数量或取水量，一般可减少1/3；机组冬夏匹配性好，按照冬季选型，夏季加蓄冰可以满足大部分地区空调要求，机组利用率高；夏季可提供2~4℃低温水，可以实现大温差供水、低温送风，改善空调品质。
（2）高效水源换热技术
抛管换热技术：该技术适用于湖泊、江河、海；采用纳米导热复合盘管换热器，换热效率高，不腐蚀，寿命长；盘管直接置于水中，管桩固定，能更好的抵抗恶劣自然环境；排列整齐，换热均匀；50-100根管子组成一个产品单元，共用一个进/出口，采用法兰连接，安装方便。间接换热方式，热泵机组系统为闭式循环系统，减少水源系统水泵取水能耗，无须水处理。
宽通道污水换热技术：该技术适用于污水等再生水余热回收利用；换热单元采用纳米导热复合盘管，换热效率高，不腐蚀，寿命长；换热单元置于换热池内，采用宽通道设计，不堵塞，方便清洗和维护；换热单元同程连接，保证换热均匀。换热器规格多样，可满足不同尺寸换热池匹配。
（3）热泵蓄能耦合技术应用案例
上海世博中心：上海世博中心位于黄浦江边，是2010年上海世博园区核心永久建筑之一。总建筑面积14.2万㎡，夏季空调冷负荷13000kW，冬季热负荷8860kW，采用江水源热泵+冰（水）蓄冷技术。采用RUNPAQ纳米导热复合盘管蓄冰装置10台，蓄冷量7200RTh；水蓄冷利用900m3消防水池，蓄冷量1900RTh，是国内第一个获得绿色三星论证和美国LEED金奖的大型公共建筑。其主要经济、环保指标如下：
〈减少制冷装机容量，减少制冷用冷却塔，全年节水6.7万吨；
〈全年节约运行费用305万元，夏季冰蓄冷节约运行费用205万元，冬季水源热泵节约90万元；
〈夏季转移高峰电力880kW，年转移高峰电量1.9×106KWh；
〈年节煤6800吨，减排烟气2.1亿m3、二氧化碳3.4万吨。
4.2 应用于区域能源系统
（1）应用于区域供冷
区域供冷系统（District Cooling System，DCS）是利用集中设置的大型冷冻站通过区域供冷管道向一定区域范围内的需冷单位提供冷媒的供冷方式。其具有以下优势：由于各幢建筑空调同时使用率低，可以大幅度减少制冷主机装机容量及配套系统的配置，同时制冷机房总体建设面积大大减少，从而减少整体投资；系统综合效率提高20%-40%；运行维护成本低；机房及冷却塔集中设置，改善区域热、声环境，便于科学管理，拓展公共服务的形式。
（2）与分布式能源结合应用
分布式能源系统（CHP）分布安置在需求侧的能源梯级利用，以及资源综合利用和可再生能源设施。通过在需求现场根据用户对能源的不同需求，实现温度对口供应能源，将输送环节的损耗降至最低，从而实现能源利用效能的最大化。
（3）区域能源系统应用案例
广州大学城：位于约18平方公里的小谷围岛上，拟建建筑面积724万平方米，可容纳学生18万-20万人，远期总人口达35万-40万人（包括村镇人口），相当于一个中等规模的城市，其中500万㎡的建筑纳入区域供冷系统，制冷总装机容量11.7万RT，分4个集中冷站，第一冷站采用溴化锂和常规电制冷机组，第二-第四冷站采用冰蓄冷系统，总蓄冰量达到25.2万RTh，建成后将成为全球第二大冰蓄冷区域供冷系统，仅次于美国芝加哥市UNICOM区域供冷项目（31万RTh）。2005年9月投用，2009年10月一期燃气发电投产2×78MW。
4.3 结合变风量低温送风系统应用
冰蓄冷技术与变风量低温送风复合应用具有以下技术优势：降低变风量（VAV）系统及建筑总投资；提高系统运行效率；室内环境品质高；空调系统智能化水平高，可以实现优化运行，并方便物业管理。
4.4 应用于温湿度独立控制系统
系统特点：温控系统冷源采用高温冷水机组，机组效率高；新风除湿系统冷源采用热泵蓄能耦合系统，运行费用省、低温冷凝除湿稳定可靠，投资省，实现能量梯级应用，效率更高；冬季热源由热泵提供，系统效率高，节省能源。
五 蓄能空调的未来发展趋势
在空调行业产品日益同质化的情况下，蓄能空调具有极大的发展潜力，蓄能空调系统在我国也已有了一些成功案例，如：广州大学城区域供冷系统和亚龙湾旅游度假区采用的冰蓄冷空调系统；济南奥林匹克中心采用的水蓄冷系统；上海世博会中国管及南京国际博览中心冰蓄冷系统等。但目前蓄能空调主要是在区域性供能系统中具有良好的应用前景，要想扩宽蓄能空调的实际应用领域，还需从以下几方面进行技术突破：（1）建立区域性蓄冷空调供冷站；（2）借鉴和引进国外先进技术并消化吸收开发新型的蓄冷、蓄热设备与材料；（3）发展和完善蓄冷空调技术理论和工程设计方法；（4）结合新能源（太阳能、地热能等）技术应用于楼宇建筑系统；（5）突破户式蓄能空调技术，并与热水器结合应用于日常生活。
结束语
综上所述，由于蓄能空调节能技术的优越性及低碳经济和环境保护的意义。政府部门应大力提倡、宣传蓄能空调的社会效益和经济效益，制定合理的分时电价政策，鼓励广大用户采用蓄能空调系统。
参考文献：
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